JPS6372888A - 金属表面硬化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属表面硬化装置に関し、一層詳細には、第１
のノズルチップからプラズマガスを噴出してワーク表面
を溶融し、この溶融部に粉末状の高硬度金属を供給して
前記ワークの所定の部位に耐摩耗性に優れた硬化層を形
成すると共に、前記第１ノズルチップに対し電気的絶縁
状態で囲繞する第２のノズルチップからシールドガスを
供給して前記高硬度金属が第１ノズルチップに付着する
ことを阻止して前記ワークに正確に前記プラズマガスを
噴射し且つ前記第１ノズルチップの損傷を回避すること
を可能にした金属表面硬化装置に関する。

自動車に組み込まれるカムシャフト、ロッカーアーム等
は長期間に亘り連続して使用されなければならず、従っ
て、特に、その摺接部は掻めて耐摩耗性に優れているこ
とが望まれる。このため、従来から前記カムシャフト、
ロッカーアーム等に対し耐摩耗性に優れる硬度の高い摺
接部を形成するための種々の加工処理が施されている。

例えば、このようなカムシャフト、ロッカーアーム等を
鋳造成形する際に、摺接部となる部位に冷し金を配設し
、供給される溶湯をこの冷し金により急冷して硬化した
チル層を形成する方法がある。然しなから、この冷し金
によっては前記摺接部に十分な硬度が得られないため、
製品としてのカムシャフト、ロッカーアーム等は長期間
に亘り使用することが不可能となる不都合が生ずる。

そこで、溶湯中にＣｒ　％　Ｍｏ等の高硬度金属を添加
し、冷し金を用いて摺接部となる部位に高硬度なチル層
を形成するものが案出されている。ところが、この種の
Ｃｒ、Ｍｏ等を用いて所望の硬度を有するチル層を形成
するためには、溶湯中に一定量以上の前記高硬度金属を
添加しなければならない、しかも、硬化処理中にかなり
の量のこの高硬度金属が慴接部以外の部分にも混入して
しまう、従って、鋳造成形後に取り出されるワークは全
体として硬度の高いものとなり、成形後ワークに対して
仕上げ加工等を施そうとする時、切削加工が困難なもの
となる欠点が指摘される。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、プラズマガスを噴射する第１のノズルチップと
前記第１ノズルチップに対し電気的絶縁状態で囲繞する
第２のノズルチップと前記第２ノズルチップを囲繞し粉
末状の高硬度金属を供給するための管体を保持するシー
ルドキャップとを含み、前記第１および第２ノズルチッ
プを介してワークにプラズマガスを噴出して前記ワーク
の所定の部位を溶融しながら前記高硬度金属を供給して
前記ワークに耐摩耗性に優れた高硬度な硬化層を形成す
ると共に、特に、第１ノズルチップに高硬度金属が付着
してダブルアークが発生することを阻止し、これによっ
てプラズマアークを確実にワークに対し噴射し且つ前記
ノズルチップの損傷を可及的に回避することを可能にし
た金属表面硬化装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は１掻を内装しプ
ラズマガスを噴出させるための狭小なノズル開口部を画
成した第１のノズルチップと、前記第１ノズルチップを
囲繞すると共に前記第１ノズルチップに対し電気的絶縁
状態に維持される第２のノズルチップと、前記第２ノズ
ルチップを囲繞し前記プラズマガスに指向してシールド
ガスを送給するシールドキャップと、前記シールドキャ
ップに所定角度傾斜してその内部に臨み且つ前記プラズ
マガスに指向して高硬度金属の粉体または粒体を供給す
る金属導入管とを含み、前記第２ノズルチップから第１
ノズルチップの先端部にシールドガスを供給して前記高
硬度金属が前記第１ノズルチップに付着することを阻止
するよう構成することを特徴とする。

次に、本発明に係る金属表面硬化装置について好適な実
施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第１図および第２図において、参照符号１０は本発明に
係る金属表面硬化装置を示す、この場合、前記装置１０
は中空状のシールドキャップ１２と、下端部に円錐状の
先端部１４を有する第１のノズルチップ１６と、前記第
１ノズルチップ１６とシールドキャップ１２との間にあ
ってシールドガス用第１の通路１８と第２の通路２０と
を画成する第２のノズルチップ２２と、前記第２ノズル
チップ２２とシールドキャップ１２とに一体的に保持さ
れる高硬度金属粉末用導入管２４ａ、２４ｂとを含む。

すなわち、当該装置１０を構成する本体部２６は略筒状
を呈しており、前記本体部２６の内周面に螺孔２８が形
成される。そして、本体部２６内に電ｉ３０を配設する
と共に、前記螺孔２８に第１ノズルチップ１６の一端部
に形成されたねじ部３２を螺着する。前記第１ノズルチ
ップ１６の中央部には電４１ｊ３０を挿通するための孔
部３４が形成され、前記孔部３４の出口側には段部を介
してこれより小径なプラズマガス導出用ノズル部３６が
連通形成される。さらに、第１ノズルチフプ１６の外周
部と本体部２６の内周部との間には開口部３８が画成さ
れ、この開口部３８には冷却水が供給される。

なお、第１ノズルチップ１６と本体部２６との接合部分
にはシール用０リング４０を介装しておくと好適である
。

一方、本体部２６の外周部にはシールドガス用噴出部材
４２が固着されており、前記噴出部材４２の内部には図
示しないシールドガス供給源に連通ずる通路４４が形成
される。前記噴出部材４２の外周部に段部４６が形成さ
れ、この段部４６に当接して絶縁体４８が配設されると
共に、この絶縁体４８にナンド部材５０の一端部が係合
する。この場合、前記ｖＡ縁体４８は好ましくはセラミ
ックまたはテフロン等の耐熱性樹脂系材料で形成されて
いる。そこで、前記ナンド部材５０を介して第２ノズル
チップ２２とシールドキャップ１２とが一体的に本体部
２６に支持される。

前記第２ノズルチップ２２の外周一端部に前記ナンド部
材５０に螺着するねじ部５２が形成され、この第２ノズ
ルチップ２２の中央部には前記ねじ部５２を設ける端部
側から比較的大径な開口部５４が形成されてこの開口部
５４に絶縁体５６が介装される。従って、前記第２ノズ
ルチップ２２と噴出部材４２とは夫々の絶縁体４８．５
６を介して電気的に絶縁される。また、前記絶縁体５６
と噴出部材４２と本体部２６と第１ノズルチップ１６と
で室５８が画成され、この室５８は前記噴出部材４２を
介して図示しないシールドガス供給源に連通ずるに至る
。

第２ノズルチップ２２の内周部には第１ノズルチップ１
６の外周面形状に対応して形成されたカバ一部材５９が
固着され、このカベ一部材５９と前記第２ノズルチップ
２２との間に冷却水用開口部６０が画成される。前記カ
バ一部材５９の内周部には絶縁体６２が嵌合係着され、
この絶縁体６２と第１ノズルチップ１６との間に薄肉状
の第１通路１８が画成される。前記第１通路１８の上部
側一端は室５８に連通し、この第１通路１８の下部側他
端は第１ノズルチップ１６のノズル部３６と同軸的で且
つこのノズル部３６より僅かに大径なノズル部６４と連
通している。また、第２ノズルチップ２２には一端側を
室５８に連通し他端側を第２通路２０に連通ずる複数の
通路６６が形成されると共に、前記第２ノズルチップ２
２の外周部から夫々水平方向に対し所定角度傾斜して孔
部６８ａ、６８ｂが穿設される。

一方、第２ノズルチフブ２２の外周端部にシールドキャ
ップ１２が固着され、このシールドキャップ１２と第２
ノズルチップ２２との間に画成される第２通路２０は通
路６６、室５８を介して噴出部材４２の通路４４に連通
する。そして、前記シールドキャップ１２に第２ノズル
チフプ２２の孔部６８ａ、６８ｂと同軸的な孔部７０ａ
、７０ｂが穿設されており、前記孔部６８ａ、７０ａ並
びに６８ｂ、７０ｂに導入管２４ａ、２４ｂが一体的に
嵌合している。この場合、前記第２ノズルチップ２２と
シールドキャップ１２とをＣｒ−Ｃｕ合金のように耐摩
耗性および熱伝導性に優れた材料で形成すると好適であ
る。

本発明に係る金属表面硬化装置は基本的には以上のよう
に構成されるものであり、次にその作用並びに効果につ
いて説明する。

先ず、当該装置１０をワークＷの摺接部となる部位の近
傍に位置決めして後、電極３０を図示しない直流電源の
一側に接続し、一方、前記ワークＷを＋側に接続する。

さらに、孔部３４にアルゴンガス等の作動ガスを供給し
、噴出部材４２には図示しないシールドガス供給源から
シールドガスを供給する。このため、電極３０とワーク
Ｗとの間にアークが発生し、このプラズマガスは第１ノ
ズルチップ１６のノズル部３６によって絞られて高速の
プラズマアークとしてその先端部１４から第２ノズルチ
ンプ２２のノズル部６４を介して外部に導出される。

この場合、第３図に示すように、噴出部材４２に供給さ
れたシールドガスは通路４４から室５８に導入されて後
、その一部が比較的肉薄な第１通路１８に進入すると共
に、その他のシールドガスは複数の通路６６を介して第
２通路２０を通過し、夫々のノズル部３６．６４から導
出されたプラズマアークに吹き付けられる。従って、前
記プラズマアークはその周方向から供給されるシールド
ガスによりそのガス流による収束効果と冷却によるサー
マルピンチ効果の作用下にさらにその直径を小さくする
ことが出来、ワークＷの所望の部位に高温、高速のプラ
ズマアークを噴射してこれを効果的に溶融する。この結
果、ワークＷに溶融池７２を形成することが可能となる
。

一方、夫々の導入管２４ａ、２４ｂからは前記プラズマ
アーク中に粉末状の高硬度金属７４が供給される。この
場合、高硬度金属７４としてはＣｒ、Ｍｏ　％　Ｎｉ　
ＳＷ％　Ｖ％　Ｎｂ等の単体、これらの金属同士または
他の金属との合金あるいは炭素等との化合物等積々のも
のを選択することが可能である。また、その際、前記高
硬度金属７４は単独あるいは二種以上複合して供給され
る。

夫々の導入管２４ａ、２４ｂからプラズマアーク中に供
給される高硬度金属７４は前記プラズマアークにより加
熱されて高速で溶融池７２内に混入される。ここで、高
硬度金属７４にプラズマア−りの噴出圧力が作用すると
共に、当該装置１０がワークＷの上方を所定方向に変位
するよう移動゛制御されるため、この高硬度金属７４は
攪拌されて溶融池７２内に均一に分散する。その際、前
記高硬度金属７４が溶解し易いものであれば、この溶融
池７２内に溶融し、一方、溶解し難いものであれば、前
記溶融池７２内に分散する。

このようにして、当該装置１０を変位させてワークＷの
所定の部位に溶融池７２を形成して後、電極３０とワー
クＷへの通電を停止する０次いで、所定時間前記ワーク
Ｗを冷却すれば、高硬度金属７４が均一に分散あるいは
混入した硬化層がこのワークＷの所望の表層部に形成さ
れる。

ところで、前述したように、電極３０とワークＷとの間
に発生するプラズマアークは夫々の通路１８．２０を介
して供給されるシールドガスにより好適にその径を縮小
される。従って、夫々の導入管２４ａ、２４ｂから供給
される高硬度金属７４に影響されて、例えば、前記プラ
ズマアークが拡散する等の不都合がなく、前記ワークＷ
に良好な溶融池７２を形成し、前記高硬度金属７４のワ
ークＷに対する均一な混入作用を達成することが出来る
。

さらにまた、この場合、当該装置１０の駆動時に夫々の
導入管２４ａ、２４ｂからプラズマアーク中に供給され
る高硬度金属７４が第１ノズルチップ１６に付着すると
、このノズルチップ１６の先端部１４からのアーク、す
なわち、ダブルアークが発生する場合が多い、このよう
にダブルアークが発生するとワークＷに噴射されるプラ
ズマアークのエネルギが不安定となり、例えば、前記プ
ラズマアークが直進せず、ワークＷの所望の部位に正確
に噴射することが不可能となると共に、第１ノズルチッ
プ１６が損傷するという不都合が生じてしまう。

然しなから、本発明では、第１ノズルチンプ１６を囲繞
するようにして絶縁体４８．５６並びに６２を介して前
記第１ノズルチップ１６と完全に電気的絶縁状態で第２
のノズルチップ２２を設けると共に、前記第２ノズルチ
ップ２２と第１ノズルチツブ１６の間にシールドガス用
通路１８を画成している。従って、第１ノズルチップ１
６の先端部１４に第１通路１８を介してシールドガスが
噴射され、この先端部１４に導入管２４ａ、２４ｂから
供給される高硬度金属７４が付着することを阻止するこ
とが出来る。

さらに、第２ノズルチップ２２を第１ノズルチップ１６
に対し電気的絶縁状態に維持するため、例えば、高硬度
金属７４がこの第２ノズルチツープ２２に付着したとし
ても、前記第２ノズルチップ２２とワークＷとの間にダ
ブルアークが発生することはない、しかも、第２ノズル
チップ２２を開口部６０に供給される冷却水で常時冷却
することにより、前記高硬度金属７４が前記第２ノズル
チフプ２２に溶融して付着することがなく、この第２ノ
ズルチップ２２から容易に除去することが可能となる。

結果的に、第１ノズルチップ１６に高硬度金属７４が付
着することを回避してワークＷに対し正確にプラズマア
ークを噴射して高精度な表面硬化作業を達成することが
出来る。また、第１ノズルチップ１６の損傷を可及的に
低減して極めて効率的に当該装ｒ！１１０を使用するこ
とが可能となるという効果も得られる。

以上のように、本発明によれば、１掻とワークとの間に
プラズマアークを発生させながらこのプラズマアークに
高硬度金属を供給して前記ワークに耐摩耗性に優れた硬
化層を得ると共に、前記プラズマアークを噴射する第１
ノズルチップに対し電気的絶縁状態で第２のノズルチッ
プを囲繞してこの第２ノズルチップから第１ノズルチッ
プに高硬度金属の付着を阻止するためのシールドガスを
供給している。このため、第１ノズルチップに高硬度金
属が付着してこの第１ノズルチップとワークとの間にア
ークが発生することを阻止することが出来る。従って、
プラズマアークをワークの所望の部分に正確に噴射する
ことが可能となり、高精度な硬化層を形成することが出
来る。しかも、第１ノズルチップとワークとの間にアー
クが発生することがなく、この第１ノズルチップの損耗
を可及的に低減して当該装置を効果的に使用することが
可能となる効果が得られる。さらに、第２ノズルチップ
が前記第１ノズルチップに対し電気的絶縁状態に維持さ
れるため、板金、この第２ノズルチップに高硬度金属が
付着したとしても、前記第２ノズルチップとワークとの
間にアークが発生する虞がない。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属表面硬化装置の一部省略分解
図、 第２図は本発明装置の一部省略正面縦断面図、第３図は
本発明装置の動作を示す一部省略正面縦断面図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を内装しプラズマガスを噴出させるための狭
   小なノズル開口部を画成した第１のノズルチップと、前
   記第１ノズルチップを囲繞すると共に前記第１ノズルチ
   ップに対し電気的絶縁状態に維持される第２のノズルチ
   ップと、前記第２ノズルチップを囲繞し前記プラズマガ
   スに指向してシールドガスを送給するシールドキャップ
   と、前記シールドキャップに所定角度傾斜してその内部
   に臨み且つ前記プラズマガスに指向して高硬度金属の粉
   体または粒体を供給する金属導入管とを含み、前記第２
   ノズルチップから第１ノズルチップの先端部にシールド
   ガスを供給して前記高硬度金属が前記第１ノズルチップ
   に付着することを阻止するよう構成することを特徴とす
   る金属表面硬化装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、第１
   ノズルチップと第２ノズルチップとの間に絶縁体を介装
   し、前記第１ノズルチップと第２ノズルチップとを電気
   的に絶縁してなる金属表面硬化装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置に
   おいて、第２ノズルチップの内部に冷却水用開口部を形
   成してなる金属表面硬化装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置に
   おいて、第２ノズルチップとシールドキャップとに所定
   角度傾斜して同軸的な第１と第２の孔部を形成し、前記
   第１および第２孔部に金属導入管を一体的に嵌合してな
   る金属表面硬化装置。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の装置にお
   いて、第２ノズルチップにシールドキャップを固着し、
   前記第２ノズルチップとシールドキャップとを一体的に
   装置本体に対し装着してなる金属表面硬化装置。